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模拟信号与数字信号

时间:2019-10-12    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

模拟信号与数字信号

如果你向平静的池塘中投一块小石子,水面上便会激起 一圈一圈的水

波,延绵起伏,向外传播。这就是我们常见的波动现象。声音也是一种波,

我们能听得到,但是看不见。如果要把它表示出来,也是一条延绵起伏的波

动线。不同的声音有不同的波动线。在信息技术中,一般是把声音信号转换

成电信号来传播的。用话筒这类声电转换设备转换成的电信号,表示出来也

是一条波动线,而且是同声音信号彼动线几乎“一模一样”的波动线。这样

的电信号被接受力收到后,再由扬声器转回成声音。这种转换方式称作模拟

方式,转换成的电信号称为模拟信号。

近百年来,儿论是有线相连的电话,还是无线发送的广播电视,都是用

模拟方式来传递信号的。照说模拟信号同原来的信号在波形上几乎“一模一

样”,似乎应该达到很好的播效果。然而,事实恰恰相反,我们打电话时常

常遇到听不清、杂音大的现象;广播电台播出的交响乐,听起来同去现场听

乐队演奏相比总有欠缺;电视图像上也时有杂色点闪烁。这是什么原因呢?

原来,信号在传输过程中要经过许多设备的处理和转送,这些设备难免

要产生一些噪声和干扰。此外,如果是有线传输,线路附近的电气设备也要

产生电磁干扰;如果是无线播送,则更加“开放”,空中的各种干扰根本无

法抗拒。这些干扰很容易引起信号失真,也会带来一些噪声。这些失真和附

加的噪声,还会随着传送距离的增加而积累起来,严重影响通信质量。

对此,人们想了许多办法。一种办法是采取各种措施来抗干扰,如提高

信息处理设备的质量,尽量减少它产生的噪声;又如给传输线加上屏蔽;再

如采用调频载波来代替调幅载波等。但是,这些办法都不能从根本上解决干

扰的问题。另一种办法是设法去除信号中的噪声,把失真的信号恢复过来。

但是,对于模拟信号来说,由于无法从已失真的信号较准确地推知出原来不

失真的信号,因此这种办法不很有效,有时甚至越弄越糟。

此外,模拟信号在传输过程中保密性差,信息在传送过程中很容易被人

窃取。

于是,一种新的信号形式出现了,这就是数字信号。

利用字信号进行通信是 70 年代在数字技术的基础上发展起来的种新型


通信方式。与以前的模拟信号通信不同,这种通信方式把需要传送的原始信

号(文字、语言、图像等)调制成所谓数字信号来传输。数字信号是一种间

断的脉冲信号,它不像模拟信号那样是一条绵延起伏的波动线,而是一种由

一系列同样高度的矩形组成的折线。它只表示两种状态:要么有,要么无—

—有矩形的地方表示“有”,用数字 1 代表;没有矩形的地方表示“无”,

用数字 0 表示。

从原始信号转换到数字信号一般要经过抽样、量化和编码这样三个过

程。抽样是指每隔一小段时间,取原始信号的一个值。问隔时间越短,单位

时间内取的样值也越多,这样取出的一组样值也就越接近原来的信号。抽样

以后要进行量化,正如我们常常把成绩 90 分以上归为优,75~90 分归为良,

60~75 分归为及格一样,量化就是把取出的各种各样的样值仅用我们指定的

若干个值来表示。在上面的“分数量化”中,我们就是把(60~100 分中的

各个成绩仅用“优”、“良”、“及格”这三个值来表示。最后就是编码,

把量化后的值分编成仅由 0 和 1 这两个数字组成的序列,由脉冲信号发生器

生成相应的数字信号。这样就可以用数字信号进行传送了。

在上面的转换过程中,我们似乎损失了一些信息:我们不是取原始信号

的全部值,而是隔一段时间取一个样值;在量化时又把这些样值归为指定的

若干个值,就好像做了四舍五入的近似一样。但是这些损失是很值得的,因

为最后形成的数字信号抗干扰能力特别强,何况我们一般都把时间间隔定得

非常短,量化时指定的值又取得足够多而且很密集。数字信号只有两种状态:

1 和 0。如果它受到了干扰,使得我们在某时收到了一个 0.9,那么我们就有

几乎绝对的把握认为原来的信号应该是 1,于是予以恢复。除非干扰特别强,

把原来的信号变成 0.5 左右。但我们考虑的干扰毕竟是偶然的、随机的,这

种情况一般不会大量发生。如果大量发生,破坏了一段信号,那就得考虑是

否设备出了故障或有人有意破坏了。

数字信号抗干扰能力强的特点,使得它不但可用于通信技术,而且还可

以用于信息处理技术。目前时髦的高保真音响、高清晰度电视机、VCD 激光

放映机,都采用了数字信号处理技术。此外,数字信号还有以下一些优点。

我们现在使用的电子计算机是数字式计算机,我们处理的信号本来就是

数字信号。在通信上使用了数字信号,就可以很方便地将计算机与通信结合

起来,将计算机处理信息的优势用于通信事业。如电话通信中的程控数字交

换机,就是采用了计算机来代替接线员的工作,不仅接通线路又准确又迅速,

而且占地小,效率高,省去了不少人工和设备,使电话通信产生了一个质的

飞跃。

数字信号还便于存储,现在流行的 CD 唱盘和 VCD 视盘,都是用数字信号

来存储音乐和影视信息的。

数字通信还可以兼容电话、电报、数据和图像等多种类型信息的传送,

能在同一条线路上传送电话、有线电视、计算机等多种信息。此外,数字信

号便于加密和纠错,具有较强的保密性和可靠性。

为适应信息时代大容量信息的传输,需要建立高可靠性、大容量、智能

化、综合化的通信网络系统,而数字通信的出现,才使这一目标化为现实。

80 年代,一种既能适应未来各种通信需要,又可用来实现电话、电报、数据

通信、传真、可视电话等各种通信业务的一体化通信网——综合服务数字通

信网诞生了,它标志着数字通信在现代通信中已占据了主要地位。综合服务


数字通信网具有如下综合功能。

语音通信——普通电话、可视电话、移动电话

图文信息传输——用户电报、智能用户电报、传真、电子保密

新闻传媒——电子报纸、电子刊物

信息检索——数据库、信息库、存储、计算、簿记

信息处理——编辑、文件处理、翻译

电子帐户——购物、付费

娱乐——游戏、竞赛、电影、图像、音乐

教育——单向传授、双向教学

医疗护理——简单诊断、远程诊断

其他——民意测验、选举、监视、远程读表、遥测、遥感、遥控等

这种综合服务通信网具有速度快、用途广、功能全等特点,是传统的通

信网所无法比拟的,它已成为当今通信系统向信息化、智能化、综合化发展

的必然趋势。不少国家已经着手建立综合服务数字通信网。

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